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TEMA 1

1.CONSIDERACIONES SOBRE LA QUIMICA 1.1 ¿QUE ES LA QUIMICA? 1.2 CLASIFICACIÓN DE LA QUÍMICA 1.3 PROCESOS QUIMICOS: SINTESIS Y ANÁLISIS

2.CONCEPTOS BASICOS

1.1 ELEMENTOS, ISOTOPOS, U.M.A. Y PESOS ATOMICOS MOLES, Nº DE AVOGADRO, MASA MOLAR

1.2 COMPUESTOS MOLÉCULAS O COMPUESTOS MOLECULARES, PESO MOLECULAR

1.3 DISOLUCIONES: CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN 1.4 GASES IDEALES

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1.1 ¿QUÉ ES LA QUIMICA? Es la ciencia que estudia la materia y los cambios que esta experimenta. Por materia entendemos todo aquello que ocupa un espacio físico por ejemplo agua, aire, madera, el cuerpo humano… Los diferentes tipos de materia se reconocen por sus distintas propiedades, estas se clasifican: Propiedades físicas: olor, color, densidad, temperatura de fusión… Propiedades químicas: reactividad, pH, entalpías de formación …. Productos químicos de uso diario, todos ellos son disoluciones acuosas del compuesto especificado: Lejía (hipoclorito de sodio NaClO); Alcohol etílico (etanol C2H5OH) Salfumán (ácido clorhídrico HCl); Vinagre (ácido acético CH3COOH) Amoniaco ( NH4 OH); Agua oxigenada (H2O2)

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1.2 CLASIFICACIÓN DE LA QUÍMICA QUÍMICA ORGÁNICA: estudia la materia en cuya estructura se encuentran átomos de carbono QUÍMICA INORGÁNICA: estudia la materia en cuya estructura no se encuentran átomos de carbono. QUÍMICA ANALÍTICA: identifica cuali y cuantitativamente las sustancias presentes en una muestra. QUÍMICA TÉCNICA : diseña y construye los sistemas para la realización a gran escala de procesos químicos. QUÍMICA FÍSICA: incorpora los métodos de la Física, adaptándolos a procesos químicos. BIOQUÍMICA: estudia las reacciones química que tiene lugar en sistemas biológicos.

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1.1 ELEMENTOS:

-La materia está formada por 109 tipos de elementos distintos que se corresponden a los 109 elementos conocidos. Estos se ordenan en el SISTEMA PERIODICO (SP) -Cada átomo posee un núcleo con un determinado nº de protones y neutrones y diferentes niveles energéticos con un nº determinado de electrones cada uno. -Así el átomo de H: 1s1 es el mas simple ya que posee 1 solo electrón ⇒ Z= nº atómico= nº de electrones=1. -El núcleo atómico esta dotado de carga positiva formada por protones (p) y neutrones (n). El protón posee una carga positiva de +1 y el neutrón es neutro. -En el núcleo se concentra la masa atómica ya que el p y el n son 1836 veces mas pesados que el electrón, ambos p y n tienen la misma masa. -Por ello el nº másico = A = nº protones + nº neutrones.

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-Una muestra de un elemento cualquiera del SP es una mezcla de varios ISÓTOPOS - Estos son átomos del mismo número atómico pero diferente masa atómica. -La notación de un determinado isótopo de un átomo será:

-

ZAX vg 6

12C⇒ Z = 6electrones; A = 12u.m.a.

11H ⇒ Z = 1electrón; A = 1u.m.a.

ejemplos: el carbono contiene 612C ; 6

13 C y 614C

el hidrógeno posee 3 isotópos: 11H ;1

2 H(deuterio) y 13H(tritio)

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-En la Tabla siguiente vemos como las masas atómicas son muy pequeñas (del orden de 10-24 g para manejar números mas sencillos se emplea la u.m.a.

NOMBRE NºATÓMICO Z NEUTRONES NºMÁSICO A SIMBOLO MASA ATÓMICA

HIDROGENO-1 1 0 1 1H 1,674.10-24gr= =1,008u.m.a.

CARBONO-12 6 6 12 12C 1,9926. 10-23gr= =12 u.m.a.

CARBONO-13 6 7 13 13C 2,519. 10-23gr= =13 u.m.a.

CARBONO-14 6 8 14 14C 2,519. 10-23gr= =14 u.m.a.

“Una u.m.a. corresponde al peso de la 1/12 parte de la masa de un átomo de 1612 C ”

1u.m.a. = 1,9926.10−23 gratomo 6

12C. 112

= 1,6605.10−24gr

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-La masa de cualquier átomo se expresa en u.m.a. a través de este factor de conversión 1,6605.10-24 ejemplo: Un átomo de hidrógeno pesa 1,674. 10-24 g ¿Cuánto pesará en u.m.a.?

1,674.10−24 gratomoH

1,6605.10−24 gru.m.a

= 1,008 u.m.a / atomo H

conclusión: se divide la masa atómica por el factor 1,6605. 10-24 g con lo cual se destruyen las exponenciales y se obtienen números mas sencillos. -Una muestra natural de cualquier elemento es una mezcla de los ISOTOPOS que dicho elemento posee en la naturaleza. Cada isótopo posee distinta masa atómica. Por lo tanto la masa media de los átomos contenidos en una muestra recibe el nombre de PESO ATOMICO (PA) del elemento.

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Ejemplo: ¿Calcular el PA del Cloro sabiendo que la abundancia de sus isótopos y sus masa atómicas respectivas son 75,8%; 34,97 u.m.a (35Cl) y 24,2% ; 36,97u.m.a (37Cl)

PA =75,8100

.34,97+ 24,2100

.36,97 = 35,5 u.m.a

-Estos pesos atómicos promedio son los que figuran en el SP MOLES Nº DE AVOGADRO -Una muestra muy pequeña de cualquier elemento, del orden de mg por ejemplo, contiene un número muy grande de átomos por ello se ha inventado una unidad para expresar un número tan grande de átomos EL MOL “Un mol es el número de átomos contenidos en exactamente 12 g de 12C. -Aunque se define el mol con respecto al átomo de C la unidad es válida para cualquier elemento, de la misma manera que hablamos de docenas de cosas. Ejemplo: ¿Cuántos átomos tenemos en 12 gr de 12C que equivalen a 1 mol de 12C?

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nºátomos de12C = gr muestra12Cgr / átomo( )12C

= 12gr1,9926.10−23 gr / átomo

=

= 6,022.1023 átomos12C⇒ -Un mol de cualquier elemento contiene 6,022.1023 átomos de dicho elemento.

Nº de AVOGADRO= 6,022.1023 átomos / mol MASA MOLAR: -La masa por mol de átomos de un elemento recibe el nombre de masa molar de los átomos ejemplo: masa de 1 mol de átomos de Mg es 24,31 g su masa molar será x g/mol, luego 24,31 g/mol. -Si el PA del elemento es x u.m.a del SP la masa molar de átomos será x g/mol ya que:

1u.m.a. ≡ gr /mol

Los elementos se obtienen a partir de los compuestos a través de técnicas químicas

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(análisis químico), mientras que el paso contrario obtener compuestos a partir de elementos se denomina síntesis química. -Por lo tanto existen dos TÉCNICAS QUÍMICAS fundamentales el de ANÁLISIS (separación de cosas) y el de SINTESIS (juntar cosas) -La SINTESIS QUIMICA consiste en la obtención de productos en el laboratorio a partir de determinados reactivos. La primera síntesis realizada en un laboratorio fue la de la urea a través de la reacción:

NH4+ + NCO− →CO NH2( )2

-El proceso de ANÁLISIS sirve para efectuar el paso contrario y determinar la composición de la materia.

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1.2 COMPUESTOS -Un compuesto es una combinación específica de átomos vg el agua se compone de 2 átomos de hidrogeno y 1 de oxígeno ⇒molécula es un grupo de átomos enlazados. -Los compuestos iónicos están formados por íones cargados + ó -, así el Na Cl está formado por íones Na+ e íones Cl- que se atraen y forman el compuesto iónico NaCl -Los compuestos moleculares son compuestos formados por moléculas, por ejemplo: el agua, el metano y amoniaco son compuestos moleculares. PESO MOLECULAR (Pm o M) -Es la masa media de una de estas moléculas. Se calculará sumando los pesos atómicos de sus moléculas. Ejemplo: el peso molecular del agua será M(H2O) = 2 x PA(H)+PA(O) = 2x1,008 uma +16,00 uma = 18,02 uma og / mol

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SUSTANCIAS: diferentes clases de materia (compuestos mas elementos) MEZCLA: unión de distintas sustancias que puede ser separada por MÉTODOS FÍSICOS.( filtración, destilación…..). Podrán ser homogéneas o heterogéneas. Ejemplos de mezclas heterogénea: arena, rocas..

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1.3 DISOLUCIÓN -Una disolución es una mezcla homogénea de dos o mas sustancias.

CLASIFICACIÓN a) Según la fase:

i. Sólidas (ej. Aleación de bronce=Zn+Cu) ii. Gaseosas(ej.:aire=mezcla de gases O2+N2 +CO2 ….

iii. Líquidas (ej.etanol en agua…); si el disolvente es agua ⇒ disoluciones

acuosas

b) Según el nº de componentes i. Binarias ii. Ternarias…..

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-Durante el curso trataremos con DISOLUCIONES LIQUIDAS BINARIAS de una sola fase y 2 componentes.

Disolución=soluto +disolvente Emplearemos la notación siguiente: Disolvente= componente mayoritario de la disolución. Subíndice 1 Soluto=componente minoritario de la disolución. Subíndice 2 n2=nºde moles de soluto; n1=nºde moles de disolvente. -Para expresar la composición de una disolución se emplea: MOLARIDAD=M= nº moles soluto/ V(L) disolvente MOLALIDAD=m= nº moles soluto/ m (Kg) disolvente NORMALIDAD=N= nº equivalentes soluto/ V(L) disolvente nº equivalentes soluto= nº moles soluto / valencia soluto

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La normalidad no se emplea ya que la valencia del soluto depende de la reactividad química de la sustancia que se trate. Ejemplo: Si estamos con una disolución acuosa de sulfúrico (H2 SO4) su valencia es 2 por ser el número de H reactivos del ácido %peso=%P=masa en g soluto/100 g de disolución %volumen=%V= volumen soluto en u.d.v./ 100 u.d.v.disolvente La u.d.v. puede ser L o mL… Fracción molar soluto, fase liquida = x2= moles de soluto /moles de disolvente

x2 =

n2n1 + n2

Fracción molar soluto, fase vapor =y2= moles soluto /moles disolvente ambos fase vapor:

y2(fase gas) = n2

n1 +n2 Peso/volumen= p/v= gramos de soluto/100 u.d.v disolución.Ejemplo disolución de H2O2 de 0.33% p/v o.33g de H2O2 por 100 mL de disolución. Es poco usual

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1.4 GASES IDEALES -Un gas es una sustancia fluida que llena completamente el recipiente que lo contiene y que puede comprimirse con facilidad hasta volúmenes menores. -Un gas ideal o perfecto es aquel que cumple la ecuación de los gases ideales: p.V=n.R.Tp=presióndelgasV=volumendelmismon=nºdemoles;T= temperaturaengradosKR= ctedelosgasesperfectos=0,0082atm.L/K.mol=8,3143J/K.mol=1,9871cal/K.mol

-Las unidades de la presión el volumen y la temperatura nos indicarán el valor de R a tomar. -A la vista de la ecuación de gases ideales podemos decir: “UN MOL DE CUALQUIER GAS OCUPA EN CONDICIONES NORMALES (c.n.) 22,4 L” -Se entiende por c.n. 1 atmósfera de presión y una temperatura de 0ºC. -Comprobad numéricamente la afirmación anterior.

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-La Tabla muestra los volúmenes molares (en litros/mol) de varios gases a 0ºC y 1 atm